第六章(时序逻辑电路)解读
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第6章 时序逻辑电路
J 和 K 接为互反，相当于一个D触发器。时钟相连 是同步时序电路。
电路功能： 有下降沿到来时，所有Q端更新状态。
2、移位寄存器 在计算机系统中，经常要对数据进行串并转换，移 位寄存器可以方便地实现这种转换。
左移移位寄存器
•具有左右移位功能的双向移位寄存器
理解了前面的左移移位寄存器，对右移移位寄存器 也就理解了，因位左右本身就是相对的。实际上，左右 移位的区别在于：N触发器的D端是与 Q N+1相连，还是 与Q N-1相连。
第六章 时序逻辑电路
如前所述，时序逻辑电路的特点是 —— 任一时刻 的输出不仅与当前的输入有关，还与以前的状态有关。
时序电路以触发器作为基本单元，使用门电路加以 配合，完成特定的时序功能。所以说，时序电路是由组 合电路和触发器构成的。
与学习组合逻辑电路相类似，我们仍从分析现成电 路入手，然后进行时序逻辑电路的简单设计。
状态化简 、分配
用编码表示 给各个状态
选择触发器 的形式
确定各触发器 输入的连接及 输出电路
NO 是否最佳 ？
YES
设计完成
下面举例说明如何实现一个时序逻辑的设计：
书例7-9 一个串行输入序列的检测电路，要求当序
列连续出现 4 个“1”时，输出为 1，作为提示。其他情 况输出为 0。
如果不考虑优化、最佳，以我们现有的知识可以很
第二步： 状态简化
前面我们根据前三位可能的所有组合，设定了 8 个
状态A ~ H，其实仔细分析一下，根本用不了这么多状态。
我们可以从Z=1的可能性大小的角度，将状态简化为
4 个状态：
a
b
c
d
A 000
B 100
D 110
数字电子技术基础-第六章_时序逻辑电路(完整版)
T0 1
行修改，在0000 时减“1”后跳变 T1 Q0 Q0(Q3Q2Q1)
为1001，然后按
二进制减法计数
就行了。T2 Q1Q0 Q1Q0 (Q1Q2Q3 )
T3 Q2Q1Q0
50
能自启动
47
•时序图 5
分 频
10 分 频c
0
t
48
器件实例：74 160
CLK RD LD EP ET 工作状态 X 0 X X X 置 0（异步） 1 0 X X 预置数（同步） X 1 1 0 1 保持（包括C） X 1 1 X 0 保持（C=0） 1 1 1 1 计数
49
②减法计数器
基本原理：对二进 制减法计数器进
——74LS193
异步置数 异步清零
44
（采用T’触发器，即T=1）
CLKi
CLKU
i 1
Qj
j0
CLKD
i 1
Qj
j0
CLK0 CLKU CLKD
CLK 2 CLKU Q1Q0 CLK DQ1Q0
45
2. 同步十进制计数器 ①加法计数器
基本原理：在四位二进制 计数器基础上修改，当计 到1001时，则下一个CLK 电路状态回到0000。
EP ET 工作状态
X 0 X X X 置 0（异步）
1 0 X X 预置数（同步）
X 1 1 0 1 保持（包括C）
X 1 1 X 0 保持（C=0）
1 1 1 1 计数
39
同步二进制减法计数器 原理：根据二进制减法运算 规则可知：在多位二进制数 末位减1，若第i位以下皆为 0时，则第i位应翻转。
Y Q2Q3
数字电子技术第6章 时序逻辑电路
RD—异步置0端（低电平有效） 1 DIR—右移串行输入 1 DIL—左移串行输入 S0、S1—控制端 1 D0D1 D2 D3—并行输入
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4、扩展：两片74LS194A扩展一片8位双向移位寄存器
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例6.3.1的电路 （P276) 74LS194功能 S1S0=00,保持 S1S0=01,右移 S1S0=10,左移 S1S0=11,并入
（5）状态转换图
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小结
1、时序逻辑电路的特点、组成、分类及描述方法； 2、同步时序逻辑电路的分析方法； 课堂讨论： 6.1，6.4
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6.3 若干常用的时序逻辑电路
寄存器和移位寄存器 时序 逻辑电路 计数器 顺序脉冲发生器 序列信号发生器
移位寄存器不仅具有存储功能，且还有移位功能。 可实现串、并行数据转换，数值运算以及数据处理。 所谓“移位”，就是将寄存器所存各位数据，在每个移 位脉冲的作用下，向左或向右移动一位。
2、类型： 根据移位方向，分成三种：
左移 寄存器 (a) 右移 寄存器 (b) 双向 移位 寄存器 (c)
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学习要求 ：
* *
自学掌握
1. 掌握寄存器和移位寄存器的概念并会使用； 2. 掌握计数器概念，熟练掌握中规模集成计数器74161 和74160的功能，熟练掌握用160及161设计任意进制计 数器的方法。
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6.3.1寄存器和移位寄存器
一、寄存器
寄存器是计算机的主要部件之一， 它用来暂时存放数据或指令。
第六章 时序电路
状态有关。 构成时序逻辑电路的基本单元是触发器。
二、时序逻辑电路的分类：
按 动 作 特 点 可 分 为
同步时序逻辑电路
所有触发器状态的变化都是在 同一时钟信号操作下同时发生。
异步时序逻辑电路
触发器状态的变化不是同时发生。
按 输 出 特 点 可 分 为
米利型时序逻辑电路(Mealy)
输出不仅取决于存储电路的状态，而且还 决定于电路当前的输入。
Q2 Q1 Q0
/Y
/0 /0 000→001→011 /1↑ ↓/0
CP Q0 010 Q1 Q2 Y
/0 101 /1 (b) 无效循环
100←110←111 /0 /0 (a) 有效循环
有效循环的6个状态分别是0～5这6个十进制数
字的格雷码，并且在时钟脉冲CP的作用下，这6个
状态是按递增规律变化的，即： 000→001→011→111→110→100→000→… 所以这是一个用格雷码表示的六进制同步加法 计数器。当对第6个脉冲计数时，计数器又重新从 000开始计数，并产生输出Y
Q=0时
LED亮
RD Q0 Q1 D1 Q2 D2 D3 Q3 S1
DIR D0 D1D2D3S0 DIL CLK +5V
74LS194
DIR D0
S0 DIL CLK +5V
清0按键 1秒
S1=0,S0=1
CLK 右移控制
本节小结：
寄存器是用来存放二进制数据或代
码的电路，是一种基本时序电路。任何
画状态转换图
Q3Q2Q1 /Y
000
/1 /1 111
/0
001
/0
010
/0
011 /0
二、时序逻辑电路的分类：
按 动 作 特 点 可 分 为
同步时序逻辑电路
所有触发器状态的变化都是在 同一时钟信号操作下同时发生。
异步时序逻辑电路
触发器状态的变化不是同时发生。
按 输 出 特 点 可 分 为
米利型时序逻辑电路(Mealy)
输出不仅取决于存储电路的状态，而且还 决定于电路当前的输入。
Q2 Q1 Q0
/Y
/0 /0 000→001→011 /1↑ ↓/0
CP Q0 010 Q1 Q2 Y
/0 101 /1 (b) 无效循环
100←110←111 /0 /0 (a) 有效循环
有效循环的6个状态分别是0～5这6个十进制数
字的格雷码，并且在时钟脉冲CP的作用下，这6个
状态是按递增规律变化的，即： 000→001→011→111→110→100→000→… 所以这是一个用格雷码表示的六进制同步加法 计数器。当对第6个脉冲计数时，计数器又重新从 000开始计数，并产生输出Y
Q=0时
LED亮
RD Q0 Q1 D1 Q2 D2 D3 Q3 S1
DIR D0 D1D2D3S0 DIL CLK +5V
74LS194
DIR D0
S0 DIL CLK +5V
清0按键 1秒
S1=0,S0=1
CLK 右移控制
本节小结：
寄存器是用来存放二进制数据或代
码的电路，是一种基本时序电路。任何
画状态转换图
Q3Q2Q1 /Y
000
/1 /1 111
/0
001
/0
010
/0
011 /0
时序逻辑电路PPT
Y F (Q)
仅取决于电路状态
6.2.时序逻辑电路的分析方法
6.2.1 同步时序逻辑电路的分析方法
时序逻辑电路的分析：就是给定时序电路，找出该电 路的逻辑功能，即找出在输入和CLK作用下，电路的次 态和输出。由于同步时序逻辑电路是在同一时钟作用 下，故分析比较简单些，只要写出电路的驱动方程、 输出方程和状态方程，根据状态方程得到电路的状态 表或状态转换图，就可以得出电路的逻辑功能。
图6.1.2
6.1 概述
三、时序逻辑电路的分类：
根据触发器动作特点可分为同步时序逻辑电路和 异步时序逻辑电路。在同步时序逻辑电路中，存储电 路中所有触发器的时钟使用统一的CLK,状态变化发生 在同一时刻，即触发器在时钟脉冲的作用下同时翻转; 而在异步时序逻辑电路中，触发器的翻转不是同时的 没有统一的CLK,触发器状态的变化有先有后。
C Q0Q3
01000000 01011010 01100100 01111110
clk3 Q0
此电路为异步十进 制计数器
10000000 10011011 0 00 00 0 0 0
6.2.时序逻辑电路的分析方法
(6)状态转换图
/0 1110 1111
Q3Q2Q1Q0
/C/1/0Fra bibliotek/0/0
0000 0001 0010 0011
6.1 概述
图6.1.1
可以用三个方程组来描述
y1 f1(x1, x2 ,, xi , q1, q2 ,, ql )
①
输出方程 Y F ( X ,Q)
y
j
f1(x1, x2 ,, xi , q1, q2 ,, ql )
6.1 概述
图6.1.1
数电第六章时序逻辑电路
• 根据简化的状态转换图，对状态进行编码，画出编码形式 的状态图或状态表
• 选择触发器的类型和个数 • 求电路的输出方程及各触发器的驱动方程 • 画逻辑电路图，并检查电路的自启动能力 EWB
典型时序逻辑集成电路
• 寄存器和移位寄存器 – 寄存器 – 移位寄存器 –集成移位寄存器及其应用 • 计数器 – 计数器的定义和分类 – 常用集成计数器 • 74LVC161 • 74HC/HCT390 • 74HC/HCT4017 – 应用 • 计数器的级联 • 组成任意进制计数器 • 组成分频器 • 组成序列信号发生器和脉冲分配器
– 各触发器的特性方程组：Q n1 J Q n KQ n CP
2. 将驱动方程组代入相应触发器的特性方程,求出各触发器 的次态方程,即时序电路的状态方程组
n n FF0：Q0 1 Q 0 CP n n n FF1：Q1 1 A Q0 Q1 CP
同步时序逻辑电路分析举例(例6.2.2C)
分析时序逻辑电路的一般步骤
• 根据给定的时序电路图写方程式 – 各触发器的时钟信号CP的逻辑表达式(同步、异步之分) – 时序电路的输出方程组 – 各触发器的驱动（激励）方程组 • 将驱动方程组代入相应触发器的特性方程,求出各触发器 的次态方程,即时序电路的状态方程组 • 根据状态方程组和输出方程组,列出该时序电路的状态 表,画状态图或时序图 • 判断、总结该时序电路的逻辑功能
• 电路中存在反馈
驱动方程、激励方程: E F2 ( I , Q )
状态方程 : Q n1 F3 ( E , Q n ) • 电路状态由当前输入信号和前一时刻的状态共同决定
• 分为同步时序电路和异步时序电路两大类
什么是组合逻辑电路?
数字电路第6章(1时序逻辑电路分析方法)
数字电路第6章(1时序逻辑电路分析方法)1、第六章时序规律电路本章主要内容6.1概述6.2时序规律电路的分析方法6.3若干常用的时序规律电路6.4时序规律电路的设计方法6.5时序规律电路中的竞争-冒险现象1.时序规律电路的特点2.时序规律电路的分类3.时序规律电路的功能描述方法§6.1概述一、时序规律电路的特点1、功能：任一时刻的输出不仅取决于该时刻的输入；还与电路原来的状态有关。
例:串行加法器:两个多位数从低位到高位逐位相加一、时序规律电路的特点2.电路结构①包含存储电路和组合电路，且存储电路必不行少；②存储电路的输出状态必需反馈到组合电路输入端，与输入变量共同确定组合规律的输出。
yi:输出信号xi:输2、入信号qi:存储电路的状态zi:存储电路的输入可以用三个方程组来描述：Z=G(X,Q)二、时序电路的分类1.依据存储电路中触发器的动作特点不同时序电路存储电路里全部触发器有一个统一的时钟源;触发器状态改变与时钟脉冲同步.同步：异步：没有统一的时钟脉冲，电路中要更新状态的触发器的翻转有先有后，是异步进行的。
二、时序电路的分类2.依据输出信号的特点不同时序电路输出信号不仅取决于存储电路的状态，而且还取决于输入变量。
Y=F(X,Q)米利(Mealy)型：穆尔(Moore)型：输出状态仅取决于存储电路的状态。
犹如步计数器Y=F(Q)三、时序规律电路的功能描述方法描述方法3、规律方程式状态转换表状态转换图时序图三、时序规律电路的功能描述方法(1)规律方程式：写出时序电路的输出方程、驱动方程和状态方程。
输出方程反映电路输出Y与输入X和状态Q之间关系表达式；驱动方程反映存储电路的输入Z与电路输入X和状态Q之间的关系状态方程反映时序电路次态Qn+1与驱动函数Z和现态Qn之间的关系三、时序规律电路的功能描述方法(2)状态〔转换〕表：反映输出Z、次态Qn+1和输入X、现态Qn间对应取值关系的表格。
(3)状态〔转换〕图：(4)时序图：反映时序规律电路状态转换规律及相应输入、输出取值关系的有向图形。
数字电路讲义-第六章w1
外部连接电路直接列出状态转换表，从而判断整个电路的 功能
4 状态图
步骤：
1.观察电路，写出电路存储器中个触发器的激励函数、电路 输出函数
2.由触发器的特征方程和激励函数求出存储器的输出方程， 即新的状态方程
3.列出状态状态转换表 4.画出相应的状态转换图 5.视需要画出电路的输入输出波形图 6. 判断电路的逻辑功能，并评述其优缺点，是否能自启动 对中规模功能块构成的电路，可根据这类器件的功能表和
三、集成异步BCD计数器
异步BCD码计数器74LS290 激励函数
三、集成异步BCD计数器 异步BCD码计数器74LS290
三、集成异步BCD计数器 74LS290数据手册
三、集成异步BCD计数器
构成8421BCD计数器
异步BCD码计数器74LS290
三、集成异步BCD计数器
三、集成异步BCD计数器 级联
级联延时
四、同步二进制计数器
四、同步二进制计数器
异步与同步的区别
例6-4 试分析图6-21的计数电路，列出状态转换真值表及 转换图，并说明其功能
解：1. 触发器的激励方程
3.状态转换真值表
2.触发器状态方程
4.状态图
Q0,Q2:11010发生器，Q1:反码
功能 分析
五、集成同步4位二进制加法计数器 工作原理
J3 = Q2Q1Q0 K3= Q2
步骤：
1.观察电路，写出电路存储器中个触发器的激励函数、电路 输出函数
2.由触发器的特征方程和激励函数求出存储器的输出方程， 即新的状态方程
3.列出状态状态转换表 4.画出相应的状态转换图 5.视需要画出电路的输入输出波形图 6.最后判断电路的逻辑功能，并评述其优缺点 对中规模功能块构成的电路，可根据这类器件的功能表和
4 状态图
步骤：
1.观察电路，写出电路存储器中个触发器的激励函数、电路 输出函数
2.由触发器的特征方程和激励函数求出存储器的输出方程， 即新的状态方程
3.列出状态状态转换表 4.画出相应的状态转换图 5.视需要画出电路的输入输出波形图 6. 判断电路的逻辑功能，并评述其优缺点，是否能自启动 对中规模功能块构成的电路，可根据这类器件的功能表和
三、集成异步BCD计数器
异步BCD码计数器74LS290 激励函数
三、集成异步BCD计数器 异步BCD码计数器74LS290
三、集成异步BCD计数器 74LS290数据手册
三、集成异步BCD计数器
构成8421BCD计数器
异步BCD码计数器74LS290
三、集成异步BCD计数器
三、集成异步BCD计数器 级联
级联延时
四、同步二进制计数器
四、同步二进制计数器
异步与同步的区别
例6-4 试分析图6-21的计数电路，列出状态转换真值表及 转换图，并说明其功能
解：1. 触发器的激励方程
3.状态转换真值表
2.触发器状态方程
4.状态图
Q0,Q2:11010发生器，Q1:反码
功能 分析
五、集成同步4位二进制加法计数器 工作原理
J3 = Q2Q1Q0 K3= Q2
步骤：
1.观察电路，写出电路存储器中个触发器的激励函数、电路 输出函数
2.由触发器的特征方程和激励函数求出存储器的输出方程， 即新的状态方程
3.列出状态状态转换表 4.画出相应的状态转换图 5.视需要画出电路的输入输出波形图 6.最后判断电路的逻辑功能，并评述其优缺点 对中规模功能块构成的电路，可根据这类器件的功能表和
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0 0 0 0 1 1 1
0 0 1 1 0 0 1
0 1 0 1 0 1 0
Y 0 1 0 1 0
1
1
1
0 0 1 1 0 0 1 1
0 1 0 1 0 1 0 1
1 1 1 1 0 0 0 0
0 0 0 0 1 1 0 0
4
排列顺序：
n n n Q2 Q1 Q0
画状态图、时序图
/Y
/0 /0 000→001→011 /1↑ ↓/0 100←110←111 /0 /0 (a) 有效循环 010
时序电路按输出信号的特点，分为米里（Mealy）型和
摩尔(Moore)型时序电路两种。
米里型时序电路的输出不仅与现态有关，而且还决定于 电路当前的输入。 摩尔型时序电路的其输出仅决定于电路的现态，与电路 当前的输入无关；或者根本就不存在独立设置的输出，而以
电路的状态直接作为输出。
6.2
6.2.1 分析步骤
说明：X(x1 ……xn) 为输入信号； Z(z1……..zn)为输出信号 ； 存储电路的输入信号 Y(y1……..yn) ； 存储电路的输出信号 Q(q1….qn)
…
组合逻辑电路
…
…
q1 qj 存储电路
…
y1 yk
三. 描述方式
输出方程：
Z n F ( X n ,Qn )
驱动方程（或激励方程）：Y n G ( X n , Q n ) 状态方程：
写 方 程 式
输出方程：
Y Q Q
n 1
n 2
输出仅与电路现态有关，为 摩尔型时序电路。
J 2 Q1n n 驱动方程： J1 Q0 n J 0 Q2
K 2 Q1n K1 Q0n K0 Q
n 2
2
求状态方程
JK 触发器的特性方程：
Q
n 1
JQ KQ
时序逻辑电路包含组合逻辑电路和存储电路两部分，存储
电路通常由具有记忆触发器组成；存储电路的状态反馈到组合逻 组合逻辑电路的输出除包含外部输出外，还包含连接到存储电路 的内部输出，控制存储电路状态的转移。
辑电路的输入端，与外部输入信号共同决定组合逻辑电路的输出。
二.时序逻辑电路的结构框图
x1 xn z1 zm
n
n
将各触发器的驱动方程代入，即得电路的状态方程：
n 1 n n Q2 J 2Q2n K 2Q2 Q1nQ2n Q1nQ2 Q1n n 1 n n n n n n n Q J Q K Q Q Q Q Q Q 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 n 1 n n n n n n n Q J Q K Q Q Q Q Q Q 0 0 0 0 2 0 2 0 2 0
第6章 时序逻辑电路
学习要点
时序逻辑电路结构特点 时序逻辑电路的分析方法以及功能表示 常用的中规模集成芯片的功能以及应用 时序逻辑电路的设计方法
6.1 概 述
一. 时序电路的特点 组合逻辑电路:任一时刻的输出仅与该时刻输入变量的取值
有关，而与输入变量的历史情况无关； 时序逻辑电路:任一时刻的输出不仅与该时刻输入变量的取 值有关，而且与电路的原状态，即与过去的输入情况有关。它 是由门电路和记忆元件（或反馈支路）共同构成的。
•
同步时序电路：各触发器状态的变化受同一个时钟脉冲
控制。
&
1J C1 1K CP FF0 Q0 1J C1 1K FF1 Q1 1J C1 1K FF2 Q2
&
Z
同步二进制加法计数器
&
CP 1J C1 1K FF0 Q0 1J C1 1K FF1 Q1 1J C1 1K FF2 Q2
Z
异步二进制加法计数器 • 异步时序电路: 各触发器状态的变化不 受同一个时钟脉冲控制。
X “1”
FF0 1T C1
Q0
=1
FF1 1T C1
& Q1
Y
例2
CP
Q0
Q1
1
同步时序电路，时钟方程省去。 输出方程：
写 方 程 式
Y XQ X Q
n 1
n 1
输出与输入有关，为 米里型时序电路。
T1 X Q0n 驱动方程： T0 1
2
求状态方程
T触发器的特性方程：
时序逻辑电路的分析
① 根据逻辑图写出时序电路的输出方程和各触发器的激
励方程。 ② 根据已求出的激励方程和所用触发器的特征方程，
获得时序电路的状态方程。
③ 根据时序电路的状态方程和输出方程， 建立状态转 移表， 进而画出状态图和波形图。 ④ 分析电路的逻辑功能,检查自启动.
时序电路的分析步骤：
电路图
3
n 1 Q2 Q1n n 1 n Q Q 1 0 n 1 n Q0 Q2 n Y Q1nQ2
计算、列状态表
态 次 态 输出
n 1 n 1 Y Q2 Q1n 1 Q0
现
n n Q2 Q1n Q0
n n 1 1 Q2 1 0 2 n n 1 1 Q 1 0 1 1 n n 1 1 01 Q 1 0 0 0
1
时钟方程、 驱动方程和 输出方程
2
状态方程
3
判断电路 逻辑功能
5
状态图、 状态表或 时序图
4ห้องสมุดไป่ตู้
计算
& FF 0
Y
例1
CP
1J C1 1K
Q0
FF1 1J C1 1K
Q1
FF2 1J C1 1K
Q2
Q0
Q1
Q2
1
时钟方程：
CP2 CP 1 CP 0 CP
同步时序电路的时钟 方程可省去不写。
/0 101 /1 (b) 无效循环
状态图
CP
时 序 图
Q0 Q1 Q2 Y
5
电 路 功 能
有效循环的6个状态分别是0～5这6个十进制数字 的格雷码，并且在时钟脉冲CP的作用下，这6个状态 是按递增规律变化的，即： 000→001→011→111→110→100→000→… 所以这是一个用循环相邻码表示的六进制同步加法计 数器。当对第6个脉冲计数时，计数器又重新从000开 始计数，并产生输出Y＝1。 不能自启动。
Q n 1 H (Y n , Q n )
时序逻辑电路某时刻的输出Zn决定于该时刻的外部输 入Xn和内部状态Qn；而时序逻辑电路的下一状态Qn+1 同样决定于Xn和Qn。时序逻辑电路的工作过程实质上 就是在不同的输入条件下，内部状态不断更新的过程。
四. 时序电路的分类
时序电路按触发脉冲输入方式的不同分为同步时序电路 和异步时序电路。